JPH01280543A - スポット溶接性、耐食性に優れた積層鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スポット溶接性および耐食性に優れた積層鋼
板に関する。

（従来の技術） 近年自動車の騒音低減対策用の鋼板としであるいは自動
車の車両重量軽減対策用の綱板として積層鋼板、いわゆ
るサンドインチ鋼板が注目されている。積層鋼板とはそ
の名の如く芯材としての樹脂層を２枚の表皮材としての
鋼板で挟み込んで接合した複合鋼板であり、その優れた
制振性や軽量性などにより自動車車体用部材（ダツシュ
ロア−、オイルパン等）の他一般の建築材、産業機器の
カバー等に広く用いられている０例えば自動車車体用部
材として用いられる場合は、多くはスポット溶接により
車体組立て後にリン酸塩処理およびカチオン電着処理を
施し、耐食性を付与している。

ところで積層鋼板の中間層である樹脂層は一般的に絶縁
材料からなり通電性を有さないため、このままでは積層
鋼板の直接通電によるスポット溶接を行うことができな
い、スポット溶接ができないことは、この積層鋼板の用
途とりわけ自動車用としての用途を大きく制限すること
となる。

そこで従来より直接通電によるスポット溶接を可能とす
る種々の提案がなされている０例えば各種の導電性を有
する粒子を芯材である樹脂層中に分散させ表皮材として
冷延鋼板を用い、積層鋼板の通電性を確保することでス
ボソ１［？接を可能とする方法（特開昭５０−７９９２
０号、同５７−１４６６４９号、同６２−９０２３６号
他）やさらに表皮材である冷延鋼板にまたは片面亜鉛め
っき鋼板の非めっき面に塗布型クロメート処理を施し、
導電性を有する粒子を混入した樹脂層と接合する方法（
特開昭６１−１２３５３７号）が開示されている。

これらの方法により積層鋼板のスポット溶接性は確かに
確保される。ところがこれらの方法で用いる表皮材は冷
延鋼板であり、前述したように例えば自動車用としてこ
れらの積層鋼板を用いる場合にリン酸塩処理およびカチ
オン電着処理により防食性を付与できるのは積層鋼板の
外表面のみであって、表皮材である鋼板と芯材である樹
脂層との接合面にはリン酸塩もカチオン電着塗料も侵入
することができない、そのため表皮材である鋼板の樹脂
層との接合面は防食処理が不充分になってしまう、また
電着塗装後の焼き付は乾燥時の塗料のサーマルフロー（
温度上昇によって起こる塗料の流れ）により表皮材の鋼
板の端部は焼付後には電着塗料が充分に残存しないため
早期に発錆しやすくなる。

したがってこれらの積層鋼板を厳しい腐食環境のもとで
使用する場合はもちろん、通常の使用環境においても防
食性能が不足し鋼板の端部から発生した鯖が鋼板の樹脂
層との接合面に沿って容易に進行してしまうことになる
。

そこで表皮材である鋼板の樹脂層との接合面にＦｅ　−
Ｚｎ合金めっき、Ｎｉ−Ｚｎ合金めっきまたは電解クロ
メート処理を施す方法（特開昭５８−９０９５０号、同
５８−９０９５１号および同５８−９０９５２号）が開
示されているが、鋼板の耐食性は不充分であった。また
前述した表皮材である鋼板の樹脂層との接合面に塗布型
クロメート処理を施した提案（特開昭６１−１２３５３
７号）においてもやはり耐食性は不充分である。

（発明が解決しようとする課題） そこで、表皮材である鋼板の樹脂層との接合面に塗布型
クロメート処理を施し、かつ鋼板の外面に亜鉛系めっき
を施す方法が出願されている（特願昭６１−２８２９７
４号）、この方法によれば錆の進行速度は低下し耐食性
は向上するものの鋼板の外面に亜鉛系めっきを施したた
めにスポット溶接性が悪化し、特に連続打点性を要求さ
れる自動車用としては適当でない。

かくして、良好なスポット溶接性および耐食性を存し、
積層鋼板の表皮材としての使用に適する鋼板は存在しな
かったのである。

（発明の目的） ここに本発明の目的は、良好なスポット溶接性および耐
食性を有する積層鋼板を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは積層鋼板の表皮材として、冷延鋼板を溶融
亜鉛めっき後に熱処理によりＦｅをめっき皮膜全体に熱
拡散させてＦｅ　−Ｚｎめっき皮膜を形成させた、いわ
ゆるガルバニール綱板を用いることを検討した。しかし
ながら前述したようにＦｅ　−Ｚｎめっき皮膜のみを有
する鋼板では鋼板の樹脂層との接合面の耐食性は不充分
であったことから、このめっき皮膜の上層としてさらに
クロメート処理を施した鋼板を用いることを検討した。

一般に亜鉛系めっき鋼板は、クロメート処理を施すこと
により一層耐食性が向上することが広く知られており、
さらにクロメート処理層はクロム酸化物およびシリカ粒
子を主体とする絶縁材料であるがクロメート処理層の厚
さは１μ−以下でありスポット溶接性の負荷電圧により
容易に絶縁性が破壊されて通電性が確保されることも広
く知られているからである。

ところが本発明者らがさらに検討したところ、このクロ
メート処理したガルバニール鋼板にはスポット溶接性の
良好なものと逆に劣悪なものとがあることが判明した。

さらに検討を続けた結果、このスポット溶接性の違いは
ガルバニール鋼板のめっき皮膜の最表層におけるＡｌに
対するＺｎの原子数比の違いにより生ずることを知り、
本発明を完成した。

ここに本発明の要旨とするところは、２枚の鋼板の間に
樹脂層を挟装した積層鋼板において、前記鋼板は少なく
とも樹脂層との接合面のめっき皮膜の最表層におけるＡ
ｌに対するＺｎの原子数比が２．０以下であり、かつこ
のめっき皮膜上に金属Ｃｒ１ｔｌｉ算で一面当り５〜３
００　ｙａｇ／層１のクロメート処理層を有するガルバ
ニール鋼板であることを特徴とするｍ層鋼板である。

（作用） 次に本発明の作用について説明する。

本発明においてガルバニール鋼板を用いる理由は、耐食
性に優れた安価な鋼板だからである。このガルバニール
綱板は現在通常に使用されるものであればよく、またこ
の板厚は積層ｍ板として求められる割振性、軽量性、加
工性などの観点から０．２〜１．２１程度が望ましい範
囲である。

このガルバニール鋼板は、溶融亜鉛めっきされた鋼板に
加熱合金化処理を施してＺｎ層とＦｅ素地の間に相互拡
散を行なわせしめめっき皮膜全体をＦｅ−Ｚｎ合金から
なる皮膜とすることで従供される。

また、めっき付着量としては、１０〜１００ｇ／ｒｒｔ
が望ましい範囲である。すなわちＬｏｇ／　ｒｄ未満で
は耐食性が不足し、また１００ｇ／ｎｆ超付着させても
耐食性は余り向上せず経済的に不利となるばかりでなく
、めっき皮膜の加工性を維持して均一に合金化すること
が困難だからである。さらに亜鉛付着量を安定的に１１
１１１するという生産性の観点からめっきの付着量の下
限は２０ｇ／　ｒｄ以上であることがより望ましい範囲
である。

次にガルバニール鋼板のめっき皮膜の最表層におけるＡ
ｌに対するＺｎの原子数比を２．０以下とした理由につ
いて説明する。

ガルバニール綱板のめっき皮膜の上面にクロメート処理
を行いクロメート処理層を形成せしめるとその処理層の
厚さは１μ−以下であるにもかかわらず、クロメート処
理層中のクロム酸化物やシリカ粒子とめっき皮膜中のＺ
ｎとの作用により掻めて強固な絶縁層を形成するために
ガルバニール鋼板の通電性すなわちスポット溶接性が悪
化する。

この際にガルバニール鋼板のめっき皮膜の最表層におけ
るＡｌに対するＺｎの原子数比を制限すること、すなわ
ちＺｎに対するＡｌの原子数の比を増加させることでク
ロメート処理層中のクロム酸化物やシリカ粒子とめっき
皮膜中のＺｎとの反応を抑えてこの強固な絶縁層の形成
を防ぎ、ガルバニール鋼板の通電性すなわちスポット溶
接性を確保できるのである。このＡｌはめっき皮膜の加
工性を改善するために亜鉛浴中に通常０．２重量％程度
添加されるものであり１．めっき皮膜の最表層において
は酸化物として存在して上記反応を抑制しているものと
考えられる。

そこでガルバニール鋼板のめっき皮膜の最表層における
Ｍに対するＺｎの原子数比と、クロメート処理を施す前
後におけるガルバニール鋼板の表面の皮膜の分極抵抗の
増加分の関係を明らかにするため次のような実験を行っ
た。すなわち市販の溶融亜鉛めっき鋼板を熱処理炉で加
熱して合金化を行いガルバニール綱板とし、このガルバ
ニール鋼板のめっき皮膜の最表層におけるＺｎ／Ａｌ原
子数比をＥＳＣＡ　（Ｘ線光電子分光法）で測定した０
次いでこのめっき皮膜の上面に市販のクロム処理液を金
属Ｃｒ換算で６０〜８０ｍｇ／ｓ”塗布後乾燥してクロ
メート処理を施し、クロメート処理の前後におけるガル
バニール鋼板の表面抵抗を測定し増加分を算出した。

結果を第１図に示す、第１図より明らかなように鵠に対
するＺｎの原子数比が増加するにつれてクロメート処理
による表面分極抵抗も増加することが分かる。すなわち
Ａｌに対するＺｎの原子数が多ければ多いほど、強固な
絶縁層の形成に供されるｚｒＩ原子数が増加することに
なるのである。これらの試験片に対してスポット溶接試
験を行い通電性すなわちスポット溶接性を確認した結果
ガルバニール鋼板のめっき皮膜の最表層におけるＡｌに
対するＺｎの原子数比は２．０以下が適当であることが
判明した。

実際にガルバニール綱板の製造にあたってめっき皮膜の
最表層におけるＭに対するＺｎの原子数比を２．０以下
とするには、合金化処理温度をコントロールすることに
より達成でき、またその測定にあたってはＸ！ＩＩ光電
子光電子分光用いればよい。

またクロメート処理量は、その耐食性の効果が表われる
には金属Ｃｒ換算で５−ｇ　／　ｍ　を以上が必要であ
る。また３００ｍｇ／−”以下とした理由はいかにＭに
対するＺｎの原子数比を調整してもこれ以上の処理量で
はクロメート処理層中のクロム酸化物やシリカ粒子とＺ
ｎ原子との反応を抑制することが不可能となり絶縁層を
形成するため通電性すなわちスポット溶接性が悪化する
からであり、好ましくは１５０　ｍｇ／ｖｒ”以下であ
る。さらに耐食性も勘案するとクロメート処理量は１０
〜１５０　ｍｇ／ｓ＋１がより望ましい。

クロメート処理法はスプレー法、浸漬法、ロールコート
法などがあり特に制限するものでないが、ロールコート
法が鋼板片面処理をするためには最も好ましい。

次にこのようなめっき皮膜の最表層におけるＡｌに対す
るＺｎの原子数比を調整し、その上面にクロメート処理
を施したガルバニール鋼板を表皮材として用いた積層鋼
板について説明する。

本発明にかかる積層鋼板は、２枚のガルバニール鋼板の
それぞれのクロメート処理面を樹脂層との接合面として
、樹脂層を芯材として挟み込んで接合した構造を有する
ものである。

ガルバニール鋼板の樹脂層との非接合面、すなわち積層
鋼板の外面は、めっきおよびクロメート処理について制
限を必要としない、耐食性、加工性、スポット溶接性（
例えば連続打点性）、塗装性などの観点からその採否を
適宜判断すればよい。

樹脂層の材質は、ポリエチレン等が代表的であり、この
樹脂層の厚さは通常３０〜１５０　ｐ−の範囲である。

またこの樹脂層は通常絶縁層であるため既に公知である
ように、樹脂層中に導電性を有する粒子を分散せしめて
、積層鋼板の通電性を確保することが有効である。ここ
で用いる導電性を有する粒子の径は特に制限するもので
はな（前述の如く積層鋼板の通電性を確保することがで
きればよいが、望ましい範囲としては、粒子の直径が樹
脂層の厚さ以上であり、またその形状は球状に近いもの
が積層鋼板の通電性を確保しやすいが、特に球状である
必要はない、また粒子の材質はＦｅ、Ｚｎ、　Ａ２等の
ような導電性金属材料の他、Ｃ（炭素）とい９た半導電
性材料であってもよい。

この粒子を樹脂層中に分散させる方法としてはあらかじ
め粒子を溶融した樹脂中に均一に分散させた後に樹脂層
を形成する方法、あるいは鋼板の片面または樹脂フィル
ムに接着材を用いて粒子を分散付着させｗ４板と樹脂フ
ィルムとを加熱・圧着することにより粒子を樹脂フィル
ムに食い込ませる方法等がある。

粒子の樹脂層中における分散量は積層鋼板の制振性、通
電性および接着性の観点から０．１〜１０体積％が望ま
しい。

さらにこの樹脂層と２枚のガルバニール鋼板の接合にあ
たっては、２枚のガルバニール鋼板の間に樹脂層を挟み
込んで積層させ、これを加圧しながら加熱する。加熱温
度は樹脂層の溶融温度以上であればよくまた加圧は樹脂
層の溶融温度以上に樹脂層が加熱されたときに開始しま
た樹脂層の溶融温度以下に冷却された時に終了すればよ
い。

さらに加圧しながら冷却する方法は、冷却プレスによる
方法、気体あるいは液体等の圧力体により加圧・冷却す
る方法、さらに多段ロールにより冷却する方法などが例
示される。

このようにして接合した積層鋼板は、その表皮材である
ガルバニール鋼板の樹脂層との接合面にＦｅ　−Ｚｎめ
っき皮膜とクロメート処理層とを２重に有するため、耐
食性に極めて優れた積層鋼板である。さらに直接通電に
よるスポット溶接を行った場合、通常の積層鋼板におい
てはめっき皮膜中のＺｎとクロメート処理層中のクロム
酸化物やシリカ粒子との反応により形成された皮膜によ
り絶縁作用を生ずるが、本発明にかかる積層鋼板におい
てはめっき皮膜の最表層におけるＡｌに対するＺｎの原
子数比を制限したガルバニール鋼板を表皮材として用い
たことにより、この反応を抑制することができ、積層鋼
板の通電性すなわちスポット溶接性を確保できるのであ
る。

次に本発明の実施例を示すが、これはあくまでも本発明
の例示であってこれにより本発明が不当に制限されるも
のではない。

実施例 第１表に示すように、めっき付着量が異なる厚さ０゜４
■鵬のガルバニール鋼板のめつき皮膜の最表層における
八Ｑに対するＺｎの原子数比をＥＳＣＡにより測定し、
その後アルカリ脱脂し市販のクロメート処理液（商品名
：コスマー１００）を用いて第１表に示すように付着量
を変化させたクロメート処理を施した。このクロメート
処理した２枚のガルバニール鋼板のそれぞれのクロメー
ト処理面をそれぞれ接合面として、これらの間に、球状
のステンレス鋼製粒子（直径６０μｍ）を２体積％分散
させた無水マレイン酸変性ポリエチレン製樹脂層（厚さ
４５μｍ）を挟み、ホットプレス（加工時温度１７０℃
、加圧力３０ｋｇｆ／ｃｄ）で５分間保持しその後冷却
して積層鋼板を作製した。得られた積層鋼板を３０　Ｘ
　１５０種−の寸法に切断して試料とした。

これらの試料についてスポット溶接性および耐食性の試
験を行った。

第１表 （スポット溶接性試験） 試料を２枚重ね、電極として先端Ｒ型の簡易スポット溶
接機を用いてスポット溶接を行った。溶接時の電流、加
圧力および通電時間は、それぞれ、１００００Ａ、　３
００ｋｇｆ、　１５サイクルであった。１水準について
試料数は１００であり、第２表に示す基準でスポット溶
接性を評価した。

第２表 少な穴 （耐食性試験） 試料に塩水を３０００時間噴霧する塩水噴霧試験（ＪＩ
ｓ　Ｚ　２３７１）を行った後、積層鋼板を剥離し鋼板
の樹脂層との接合面を第３表に示す基準で目視により評
価した。

第３表 結果を第１表に示す、第１表から明らかなように本発明
にかかるガルバニール鋼板を用いた積層鋼板は、スポッ
ト溶接性および耐食性に優れることがわかる。

（発明の効果） 以上詳述してきたように、本発明は、その構成を「クロ
メート処理したガルバニール鋼板を積層調板の表皮材と
して用いる」としたことで、積層鋼板のスポット溶接性
を損なわずに耐食性を大巾に改善することが可能となっ
た。積層鋼板の適用範囲を拡大することが可能となる本
発明の意義は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、めっき後にクロメート処理を施した皮膜の表
面分極抵抗におよぼす、めっき皮膜の最表層におけるＭ
に対するＺｎの原子数比の関係を表わすグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２枚の鋼板の間に樹脂層を挟装した積層鋼板において、
   前記鋼板は少なくとも樹脂層との接合面のめっき皮膜の
   最表層におけるＡｌに対するＺｎの原子数比が２．０以
   下であり、かつこのめっき皮膜上に金属Ｃｒ換算で一面
   当り５〜３００ｍｇ／ｍ＾２のクロメート処理層を有す
   るガルバニール鋼板であることを特徴とする積層鋼板。